钢的过热与过烧

爱空空……

第8章 钢的过热与过烧

8.1       概述

在锅炉和压力容器制造中，对所用钢材进行热加工和热处理。此时，如果加热温度控制不当，加热不均会使材料超温，导致材料机械性能恶化。

根据超温的程度和时间长短，钢材会发生脱碳，过热和过烧现象。

过热：钢被加热到Ac3以上某一温度，随着奥氏体晶粒的长大，在粗大的奥氏体晶界上，发生了化学成分的明显变化（主要是硫的偏析），在冷却时，或者在原始奥氏体晶界上保持了硫的偏析，或者产生了第二相（主要是硫化物）质点的网状沉积，导致晶界脆化，使钢的拉伸塑性和冲击韧性明显降低的现象。

开始发生过热现象的温度为过热温度。不稳定过热（可恢复），稳定过热

如果没有硫的析出，不算是过热。

过烧：钢被加热到接近固相线或固-液两相温度范围内的某一温度后，在十分粗大奥氏体晶界上不仅发生了化学成分的明显变化（主要是硫和磷的偏析），而且局部或整个晶界出现烧熔现象，从而在晶界上形成了富硫，磷的液相。在随后的冷却过程中，晶界上产生富硫，磷的烧熔层，并伴随着形成硫化物，磷化铁等脆性相的沉积，导致晶界严重弱化，从而剧烈降低钢的拉伸塑性和冲击韧性的现象。

开始发生过烧现象的温度为过烧温度。

8.2       钢在高温加热中的变化

8.2.1   奥氏体晶粒长大

8.2.1.1     奥氏体晶粒长大速率



D-晶粒长大后的平均晶粒直径，K-物性参数，t时间。

8.2.1.2     奥氏体晶粒长大影响因素

8.2.1.2.1   化学成分和冶炼方法

本质晶粒度指钢被加热到Ac3以上某一温度时奥氏体晶粒的大小。

本质粗晶粒钢在冶炼时只用锰铁脱氧（沸腾钢）或用锰铁、硅铁脱氧的钢

本质细晶粒钢指在除锰铁和硅铁脱氧外，还用铝作脱氧剂的钢。

8.2.1.2.2   碳及合金元素

含碳量增加，晶粒长大倾向增大。

强烈抑制晶粒长大：Al,Ti,Nb,V,Zr

中等抑制晶粒长大：Mo,W,Cr

微弱抑制晶粒长大：Cu,Co

增加晶粒长大倾向：Mn,P

8.2.1.2.3   加热温度

8.2.1.2.4   保温时间

8.2.2   钢在高温加热时的成分和组织变化

8.2.2.1   第一阶段

钢从Ac3温度到其过热温度以下的温度区间内加热。奥氏体逐渐长大。

8.2.2.2   第二阶段

过热温度到过烧温度

硫析出

8.2.2.3   第三阶段

指从钢的过烧温度至固-液相线温度区间内加热。

在晶界上形成富硫，磷液相

8.3       高温加热后的冷却

8.3.1   第一阶段加热后的冷却

在此阶段加热后冷却，当冷至Ar3温度，A析出F，至Ar1，奥氏体发生共析反应转变为P。

如在Ar3至Ar1冷却较快，会析出F的魏氏体组织。降低钢的冲击性能，会使钢的机械性能恶化。

8.3.2   第二阶段加热后的冷却

硫在铁中的溶解度很低，且随着温度的降低而急剧减少。

第二阶段加热后冷却，冷却速度越高，冷却后的钢越接近于高温下的平衡状态；反之，晶界上的硫以平衡偏析为主，且在冷却过程中析出的硫化锰质点，将在缓慢冷却过程中逐渐聚集成团。

8.3.3   第三阶段加热后的冷却

粗大的A晶界上有富硫，磷的液相出现，特别是磷在晶界上的严重偏析。

8.4       钢的过热

8.4.1   钢的过热温度

1200～1350℃之间。

8.4.2   过热钢的特征

8.4.2.1   宏观断口

不稳定过热：结晶状断面

稳定过热：无金属光泽的灰白色粒状断面

8.4.2.2   显微特征

粗大的A晶粒，魏氏体组织，原始A晶界处S偏析或硫化锰沉淀

8.4.3   过热钢的机械性能

塑性和冲击韧性明显降低，对强度和硬度基本无影响

8.4.4   钢发生过热后的补救措施

正火，淬火和回火

8.5       钢的过烧现象

8.5.1   钢的过烧温度

通常比过热温度高几十至一百度左右

8.5.2   过烧钢特征

8.5.2.1   宏观断口

无金属光泽的灰白色石状断面

8.5.2.2   显微特征

粗大的A晶粒，魏氏体组织，原始A晶界处富P，S烧熔层及原始奥氏体晶界上硫化锰和磷化铁沉淀。

8.5.3   过烧钢的机械性能

塑性和冲击韧性严重降低，必须报废。